(57)【要約】【課題】型から成形品を取り出す際、成形品の形状精度を低下させないガラス母材（すなわち、光学素子母材およびプリフォーム母材）の製造方法、前記ガラス母材を用いて精密プレス成形用プリフォームならびに光学素子を製造する方法を提供することを目的とする。【解決手段】ガラス母材（成形品４）の製造方法は、加熱、軟化したガラス素材を、対向する上型１と下型２を備えたプレス成形型を用いて、ガラス素材の粘度が１０６ｄＰａ・ｓ以下のときにプレス成形すること、上型１が凸成形面１−２及び細孔１−３を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス製光学素子またはガラス製光学素子を精密プレス成形するための精密プレス成形用プリフォームを、研削、研磨により作製するためのガラス母材の製造方法において、
加熱、軟化したガラス素材を、対向する第１の型と第２の型を備えたプレス成形型を用いて、前記ガラス素材の粘度が１０６ｄＰａ・ｓ以下のときにプレス成形すること、第１の型の成形面、第２の型の成形面の少なくとも一方が凸面であって、前記凸面が通気性を有することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法によりガラス母材を作製し、研削、研磨する光学素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法によりガラス母材を作製し、研削、研磨する精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法により精密プレス成形用プリフォームを作製し、前記プリフォームを加熱し、精密プレス成形する光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削、研磨工程を経てガラス製光学素子や精密プレス成形用プリフォームを作製するためのガラス母材および精密プレス成形用プリフォームならびにガラス製光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
球面レンズなどのガラス製光学素子の製法として、光学ガラスからなるガラス素材を作り、このガラス素材を加熱、軟化し、プレス成形型に供給してプレス成形し、得られた成形品（光学素子母材）に荒ずり、砂かけ、研磨、芯取りといった加工を施し、最後に必要に応じて反射防止膜などのコーティングを行う方法が知られている。光学素子母材は、光学素子ブランクとも呼ばれ、光学素子の形状に近似し、光学素子の形状に研削、研磨によって除去される取りしろを加えた光学ガラス製の成形体である。
【０００３】
上記製造工程のうち、ガラス素材を加熱、軟化し、プレス成形して光学素子母材を生産する方法が、特許文献１に記載されている。
上記プレス成形法は、溶融ガラスを成形して得られたガラスを加工してガラス素材を作り、このガラス素材を再度、加熱、軟化してプレス成形することから再加熱プレス成形法あるいはリヒートプレス成形法と呼ばれている。
【０００４】
再加熱プレス成形法は、特許文献２に記載されている精密プレス成形法あるいはモールドオプティクス成形法と比べ、プレス成形時のガラスの粘度が低いため、プレスによってガラスを変形させやすく成形時間を短くできるなどのメリットがある。また、プレス成形後、光学機能面を研削、研磨しない精密プレス成形法と異なり、プレス成形品の表面を加工によって除去するため、粉末状の離型剤の使用が可能になる。
【０００５】
また、再加熱プレス成形法は、研削、研磨加工を必須とすることから球面レンズなどの光学機能面が球面形状の光学素子やプリズムなどの光学機能面が平面形状の光学素子の生産に適しているのに対し、精密プレス成形法は、非球面レンズやマイクロレンズなど研削、研磨加工が難しい形状の光学素子の生産に適している。
このように再加熱プレス成形法と精密プレス成形法とは、互いに独立した光学素子生産技術として存在している。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１０８６３号公報
【特許文献２】特許第３４８７４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、再加熱プレス成形法では、生産性を高めるため、５〜６秒以内（全体のタクトタイムが２５〜３０秒以内の場合）に、加熱、軟化したガラス素材をプレス成形型内に導入し、プレス成形してから成形品を取り出す工程を行う。そのため、ガラスが完全に固化する前、すなわち、塑性変形性を有する状態で型から成形品を取り出さなければならない。そのため取り出しの際、プレス成形品に大きな力が加わると変形してしまう。変形量が大きくなると、研削、研磨による光学素子形状の修正が不可能になり、不良品になってしまう。したがって、再加熱プレス成形法では、プレス成形品に大きな負荷をかけずに型から取り出さなければならないという固有の課題が存在する。
【０００８】
型から取り出す際、プレス成形品に大きな負荷が加わる原因として、以下のような現象がある。再加熱プレス成形法では、１０６ｄＰａ・ｓ以下の粘度を示すガラス素材を、成形対象のガラスの転移温度から屈伏点程度に加熱されたプレス成形型でプレスする。
【０００９】
図２は、横軸に温度、縦軸に膨張量をとり、ガラスと型の膨張を模式的に示したものである。室温からプレス温度までの温度域において、型の伸び率と温度変化量はほぼ比例関係にあるが、ガラスではガラス転移温度付近を境にして膨張係数が変化する。
【００１０】
再加熱プレス成形法では、プレス成形によってガラスと型とが密着してから取り出しのための離型が行われるまでの間、型の熱膨張量からガラスの熱膨張量を差し引いた値が負の値となる。メニスカスレンズや両凹レンズなどの母材を作製する場合、球欠部を成形するためにプレス成形面が凸面の型を用いる。凸成形面とガラスが密着した状態で両者を冷却すると、型とガラスの熱膨張係数差によってガラスが凸成形面をかみ込むような状態になる。このような状態では、離型しようとしても、ガラスと凸成形面の間に外部から雰囲気が進入できないのでガラスは凸成形面に貼り付いた状態になり、型開きの際にプレス成形品が凸面の型に吸い付いたまま上昇し、下型から離れた状態で胴型に引っかかり、変形してしまうという問題があった。
【００１１】
ところで、再加熱プレス成形法は、精密プレス成形用プリフォームを研削、研磨によって作るためのプリフォーム母材を成形する際に使用することもできる。プリフォーム母材もプリフォーム形状に近似する形状であって、プリフォームに研削、研磨によって除去することになる取りしろを加えた形状に成形する。プリフォーム母材の再加熱プレス成形法においても、光学素子母材の再加熱プレス成形法と同様の問題がある。
【００１２】
本発明は、凸成形面を有するプレス成形型を使用する再加熱プレス成形法に特有の上記課題を解決するためになされたものであり、型から成形品を取り出す際、成形品の形状精度を低下させないガラス母材（すなわち、光学素子母材およびプリフォーム母材）の製造方法、前記ガラス母材を用いて精密プレス成形用プリフォームならびに光学素子を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、
（１）ガラス製光学素子またはガラス製光学素子を精密プレス成形するための精密プレス成形用プリフォームを、研削、研磨により作製するためのガラス母材の製造方法において、
加熱、軟化したガラス素材を、対向する第１の型と第２の型を備えたプレス成形型を用いて、前記ガラス素材の粘度が１０６ｄＰａ・ｓ以下のときにプレス成形すること、第１の型の成形面、第２の型の成形面の少なくとも一方が凸面であって、前記凸面が通気性を有することを特徴とするガラス母材の製造方法、
（２）上記（１）項に記載の方法によりガラス母材を作製し、研削、研磨する精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（３）上記（２）項に記載の方法により精密プレス成形用プリフォームを作製し、前記プリフォームを加熱し、精密プレス成形する光学素子の製造方法、
（４）上記（１）項に記載の方法によりガラス母材を作製し、研削、研磨する光学素子の製造方法、
を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、凸成形面を有するプレス成形型を使用する再加熱プレス成形法によって、型から成形品を取り出す際、成形品の形状精度を低下させないガラス母材の製造方法を提供すること、ならびに前記ガラス母材を用いて精密プレス成形用プリフォームや光学素子を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本実施形態の一例を示す図である。
【図２】図２は、ガラスとプレス成形型の熱膨張の概略を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明において、光学素子母材とは研削、研磨によって光学素子を作製するための母材となるガラス物品であり、光学素子の形状に研削、研磨によって除去する取りしろを加えた形状を有するガラス物品のことを意味する。光学素子母材は光学素子ブランクとも呼ばれる。また、プリフォーム母材とは研削、研磨によって精密プレス成形用プリフォームを作製するための母材となるガラス物品であり、精密プレス成形用プリフォームの形状に研削、研磨によって除去する取りしろを加えた形状を有するガラス物品のことを意味する。
【００１７】
研削、研磨に要する手間、時間、コストを低減する上から、光学素子母材は光学素子の形状に近似する形状に成形することが好ましく、プリフォーム母材は精密プレス成形用プリフォームの形状に近似する形状に成形することが好ましい。
また、本発明において、光学素子母材およびプリフォーム母材をあわせてガラス母材と呼ぶ。
【００１８】
本発明は、ガラス製光学素子またはガラス製光学素子を精密プレス成形するための精密プレス成形用プリフォームを、研削、研磨により作製するためのガラス母材の製造方法において、加熱、軟化したガラス素材を、対向する第１の型と第２の型を備えたプレス成形型を用いて、前記ガラス素材の粘度が１０６ｄＰａ・ｓ以下のときにプレス成形すること、第１の型の成形面、第２の型の成形面の少なくとも一方が凸面であって、前記凸面と反対の面が通気性を有することを特徴とするガラス母材の製造方法である。
【００１９】
まず、ガラス母材と等質量のガラス素材を用意するが、その方法は公知の方法を用いればよい。ガラス素材表面に窒化硼素などの粉末状離型剤を塗布し、軟化皿に載せて加熱軟化炉内に入れて加熱、軟化する。ガラスの粘度が１０６ｄＰａ・ｓ以下、好ましくは１０５ｄＰａ・ｓ〜１０６ｄＰａ・ｓの範囲になったところでガラス素材を下型成形面上に導入し、対向する上型とでプレスする。なお、本発明においてガラスの粘度については桁数のみを問題にすればよい。
【００２０】
図１は、ガラス素材を上型１と下型２とでプレスし、メニスカスレンズに近似する形状の母材に成形する様子を、プレス軸を含む断面で模式的に示したものである。球面メニスカスレンズを作製する場合は光学素子母材を成形し、非球面メニスカスレンズを作製する場合はプリフォーム母材を成形する。
以下の説明は、光学素子母材、プリフォーム母材のいずれの成形においても共通する。
【００２１】
図１に示す例では、上型成形面が凸状の成形面１−２、下型成形面が凹状の成形面である。上型１および下型２は胴型３内に嵌め込むことが可能である。上下型成形面と胴型３によって囲まれた空間（キャビティ）内にガラス素材を導入する際、あるいは成形後、プレス成形品４を取り出す際は、胴型３に摺動可能に嵌め込まれている上型１を胴型３から外し、下型成形面上にガラス素材を配置し、プレス成形品４を取り出す。
【００２２】
前述のように、ガラスの粘度が１０６ｄＰａ・ｓ以下となる温度でのプレス成形では、型の凸成形面１−２で成形されたガラスが型を噛みこんでガラスと凸成形面１−２の間に雰囲気が進入しにくくなる。その結果、ガラスと凸成形面１−２との密着状態が解除できず、型内から成形品４を取り出す際に上型１を上昇させるとき成形品４も一緒に持ち上がって下型２から浮き上がり、変形してしまう。
【００２３】
そこで、本発明では型の凸成形面１−２に通気性を持たせ、ガラスが凸成形面１−２にかみこんだ状態であってもガラスと凸成形面１−２の間に雰囲気が流入してスムースに離型が行われるようにする。その結果、成形品４が変形することを防止することができる。
【００２４】
凸成形面１−２に通気性を持たせる手法としては、凸成形面１−２に細孔１−３を設け、細孔１−３を上型外部に開口させることによって、細孔１−３を通って外部雰囲気が流入するようにする手法、上型全体を多孔質体で構成する手法、もしくは凸成形面１−２の一部もしくは全部から上型外部に至る通気路を多孔質体で構成する手法、通気性のある部分に外部からエアーを送り込む、あるいは、前記各手法の組合わせなどを例示することができる。
【００２５】
細孔１−３を設けて通気性を確保する方法では、型材として鋳鉄、ステンレスなどを用い、内径１．０ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ程度の細孔１−３を開ける。細孔１−３の内径を大きくしすぎるとプレス成形時に軟化したガラスが進入して細孔１−３が塞がれ、外気の流入が妨げられるおそれがある。
【００２６】
凸成形面１−２の一部または全部を多孔質体で構成する方法では、金属粒子の集合体を融着させた多孔質体、あるいはセラミックス製の多孔質体等を用いればよい。多孔質の目のサイズはメッシュ８０程度とすることが好ましい。その理由は細孔１−３の場合と同様である。
【００２７】
細孔１−３、多孔質体のいずれの場合も、離型の際に圧力を高めた気体を上型外部から細孔１−３、多孔質体に供給し、ガラスと凸成形面１−２の間に送り込んで離型を促進してもよい。プレス成形時の圧力は、１〜１０ＭＰａの範囲で適宜調整すればよく、プレス時間は３〜８秒の範囲で適宜調整すればよい。
第１の型を上型１、第２の型を下型２とすると、上記例では第１の型の凸成形面１−２に通気性を付与して離型性を改善した。
【００２８】
この方法によって成形した母材をアニールして屈折率を所望の値に精密にあわせるとともに、歪を低減してから、カーブ・ジェネレータを用いて母材の表面を所要の曲率に加工（荒ずり）し、次いで、砂かけ、研磨、芯取りと周知の加工を行って球面凸メニスカスレンズを作製する。
【００２９】
また、上記方法によって成形した母材をアニールして歪を低減してから研削、研磨してメニスカスレンズ形状に近似する形状の精密プレス成形用プリフォームを作製してもよい。得られたプリフォームの表面には適宜、公知のコーティングを施し、加熱してプレス成形型を用いて精密プレス成形して非球面凸メニスカスレンズを作製する。得られたレンズには適宜芯取り加工を施してもよい。なお、精密プレス成形に使用するプレス成形型、成形条件は公知のものを適用すればよい。
【００３０】
上下型成形面をともに凸面とすることにより、両凹レンズ用の母材を成形することができるが、その場合は、上下型一方の凸成形面に通気性を持たせてもよいが、前記両方の凸成形面に通気性を持たせることが望ましい。通気性を付与する手法は前述のとおりである。
こうして得た母材を荒ずり、砂かけ、研磨、芯取りの順に加工して球面両凹レンズを作製する。
【００３１】
なお、上記母材を研削、研磨して両凹レンズ形状に近似する形状のプリフォーム母材を作製し、公知の方法、条件を用いて精密プレス成形し、非球面両凹レンズを作製することもできる。
【００３２】
なお、本発明は球面凹メニスカスレンズ用の母材、非球面凹メニスカスレンズを精密プレス成形するためのプリフォームの母材の製造にも適用することができる。この方法で得た光学素子母材、プリフォーム母材から球面凹メニスカスレンズや非球面凹メニスカスレンズを作製することができる。
上記各レンズの光学機能面には必要に応じて反射防止膜などの光学多層膜をコートしてもよい。
【実施例】
【００３３】
（実施例１）
所望の光学特性が得られるように調合したガラス原料を坩堝内に導入し、加熱、溶融して溶融物を得、溶融物を清澄、均質化して溶融ガラスを得た。この溶融ガラスを鋳型に流し込んでブロック状に成形し、アニールした後に賽の目状に切断し、カットピースと呼ばれるガラス片を複数個作製した。
【００３４】
次いで、カットピースをバレル研磨し、再加熱プレス成形法で作製しようとする母材の重量と等しいガラス素材になるように重量調整するとともに、表面を粗面化し、エッジの丸め加工を行った。
【００３５】
このようにして得たガラス素材の全表面に粉末状の窒化硼素を均一に塗布し、ガラス素材の粘度が１０５〜１０６ｄPa・ｓになるように加熱、軟化し、図１に示す鋳鉄製のプレス成形型を用い、球面凸メニスカスレンズ用母材を再加熱プレス成形法で作製した。プレス成形終了後、細孔に上型外部からガスを供給したところ、スムースに離型することができ、プレス成形品の形状精度も所望の精度であった。このようにして得た母材をアニールして、研削、研磨し、球面凸メニスカスレンズを作製した。光学機能面には反射防止膜をコートした。なお、細孔に圧力を加えたガスを流さなくても、離型促進効果は得られるが、圧力を加えたガスを細孔に供給することによって、より確実に離型促進効果を得ることができ、成形品の形状精度悪化をより確実に抑制することができる。
【００３６】
（実施例２）
上型を多孔質体からなるものに替えた点以外は、実施例１と同様にして球面凸メニスカスレンズ用母材を作製し、さらに球面凸メニスカスレンズを得た。
実施例１と同様、プレス成形品をプレス成形型内からスムースに取り出すことができ、形状精度を悪化させることなく成形品を型内から取り出すことができた。
なお、プレス成形品を上型から離型するタイミングで多孔質体からなる上型を通して上型成形面とプレス成形品の間に圧力を加えたガスを送り込み、離型を促進してもよい。こうすることにより、成形品の形状精度悪化をより確実に抑制することができる。
【００３７】
（実施例３）
実施例１と同様の方法により、凸メニスカスレンズ形状に近似する形状のプリフォーム母材を成形し、アニールした後に研削、研磨して精密プレス成形用プリフォームを作製した。さらにこのプリフォームの全表面に炭素膜をコートし、成形面に炭素膜をコートしたＳｉＣ製のプレス成形型内に導入し、型とプリフォームを一緒に加熱し、公知の方法、成形条件を用いて精密プレス成形し、非球面凸メニスカスレンズを成形した。次いで、前記レンズを芯取りし、光学機能面に反射防止膜をコートした。
【００３８】
（実施例４）
実施例２と同様の方法により、凸メニスカスレンズ形状に近似する形状のプリフォーム母材を成形し、実施例３の方法と同様にして反射防止膜付きの非球面凸メニスカスレンズを作製した。
【００３９】
（実施例５）
次に両凹レンズ母材を成形するために、ともに凸状の成形面を有する上型と下型を用意した。これら上下型の成形面の中央には実施例１と同様の細孔が型内を貫通するように設けられている。
上記の点以外は実施例１と同様にして両凹レンズ形状に近似するレンズ母材を再加熱プレス成形した。プレス成形品を上型から離型し、次いで下型から離型する際、いずれの離型もスムースに行うことができ、取り出しの際、成形品の形状精度を悪化させずに済んだ。
なお、離型の際、離型する側の型に設けた細孔から圧力を加えたガスを成形品と成形面の間に供給することによって、スムースな離型をより一層確実に行うことができる。
【００４０】
作製したレンズ母材をアニールして所望の屈折率に精密に一致させるとともに、歪を低減し、カーブジェネレータを用いて荒ずりを行い、次いで、砂かけ、研磨、芯取りを行って球面両凹レンズを作製した。両凹レンズの光学機能面には反射防止膜をコートした。
【００４１】
（実施例６）
上下型を多孔質体とする点を除き実施例５と同様にして両凹レンズ母材を再加熱プレス成形した。得られた母材を実施例５と同様に加工して反射防止膜付き球面両凹レンズを作製した。再加熱プレス成形後、上下型からの離型をスムースに行うことができ、形状精度を悪化させることなく、プレス成形品を型から取り出すことができた。
【００４２】
（実施例７）
次に、実施例５と同様にして両凹レンズ形状に近似する形状のプリフォーム母材を再加熱プレス成形し、母材をアニールした後、研削、研磨して両凹状のプリフォームを作製した。次いで、実施例３と同様にしてプリフォームを精密プレス成形し非球面両凹レンズを作製した。
本実施例においても、再加熱プレス成形後、上下型からの離型をスムースに行うことができ、形状精度を悪化させることなく、プレス成形品を型から取り出すことができた。
【００４３】
（実施例８）
次に、実施例６と同様にして両凹レンズ形状に近似する形状のプリフォーム母材を再加熱プレス成形し、母材をアニールした後、研削、研磨して両凹状のプリフォームを作製した。次いで、実施例３と同様にしてプリフォームを精密プレス成形し非球面両凹レンズを作製した。
本実施例においても、再加熱プレス成形後、上下型からの離型をスムースに行うことができ、形状精度を悪化させることなく、プレス成形品を型から取り出すことができた。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、凸成形面を有するプレス成形型を使用する再加熱プレス成形法によって、型から成形品を取り出す際、成形品の形状精度を低下させないでガラス母材の製造することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  上型
２  下型  
３  胴型  
４  成形品（ガラス）  
１−２  凸成形面  
１−３  細孔  
【図１】
2010254514.tif 000003
【図２】
2010254514.tif 000004